利用代数式表示规律

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  演绎和归纳是数学思想的两大支柱,而要探索出问题呈现的规律,就要经历归纳和合情推理的过程,从中可以体会到特殊到一般的思想.同学们可以通过对现象的观察和分析,尝试从特殊到一般探索规律(提出猜想).
  例1 观察右表,根据表中数的排列规律,求出B+D的值.
  解析 从所给的数据和表格中寻求规律进行解题.找规律的问题,首先要从最基本的几个数字或图形中求出数值(特殊情况),并进一步观察具体的变化情况,从中找出一般规律(一般情况). B所在行的规律是每个数等于前两个数的和,所以A=3,B=8;D所在行的规律是关于数20左右对称,即D=15.所以B+D=23.
  不同的观察角度,可有不同的规律寻求途径.
  例2 如图,用同样大小的小正方形纸片拼大正方形.
  第①个图形中有1个小正方形;
  第②个图形比第①个图形多________个小正方形;
  第③个图形比第②个图形多________个小正方形.
  回答下列问题:
  (1) 第⑩个图形比第⑨个图形多几个小正方形?
  (2) 第{100}个图形比第{99}个图形多几个小正方形?
  (3) 第■个图形比第■个图形多几个小正方形?
  解析 (1) 第⑩个图形比第⑨个图形多19个;(2) 199个;(3) (2n-1)个.
  例3 用火柴棒按下图的方式搭正方形:
  (1) 搭6个这样的正方形需要________根火柴棒;
  (2) 搭n个这样的正方形需要________根火柴棒;
  (3) 搭117个这样的正方形需要________根火柴棒.
  解析 研究变化有限个且个数较少的情况,我们可以采用列举法,逐个研究.但当数量巨大时,我们不能一一列举了,就要通过研究有限种情况来发现事物变化所隐含的规律,然后用代数式把这种规律表示出来,最后再代入求值就可以得到任何特殊情况下的答案.
  (1) 分解图形如下:
  可得搭6个需要19根.
  (2) 解题关键在于如何寻找规律,主要是把前面已算的图作为整体,后面依次在前面的基础上增加.第一个图需要4根,那么第2个图在第1个基础上增加了3根,即4+3;第3个图在第2个图的基础上增加3根,即4+3×2.依次类推,那么,如何归纳出搭n个正方形所需的火柴棒呢?可以把有限个结果按如下方式对齐排列:
  正方形个数 火柴棒数目
  1 4
  2 4+3
  3 4+3×2
  4 4+3×3
  然后,我们要抓不变的量和变化的量.通过观察,发现火柴棒数目表达式中,不变的量是4和3,而且式子结构为加法和乘法运算,即可写成4+3×( )的形式,关键是括号中填什么.接下来,我们观察变量与个数之间的关系,相差为1,即括号中填的量是对应的正方形数减1.可得搭n个正方形所需的火柴棒根数为:4+3×(n-1)=3n+1.
  (3) 当n=117,3n+1=3×117+1=352.
  试一试:两千多年前,古希腊毕达哥拉斯学派的数学家曾经在沙滩上研究数学问题,他们在沙滩上画点或用小石子来表示数,按照点或小石子能排列的形状对数进行分类,下图中的实心点个数1,5,12,22,…被称为五角形数,其中第1个五角形数记作a1=1,第2个五角形数记作a2=5,第3个五角形数记作a3=12,第4个五角形数记作a4=22,…若按此规律继续下去,则a6=________.
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